通信原理rPPT課件

1、1本章的主要內(nèi)容 5.1 抽樣定理 5.2 脈沖振幅調(diào)制（PAM） 5.3 模擬信號(hào)的量化 5.4 脈沖編碼調(diào)制（PCM） 5.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) 5.6 增量調(diào)制（M） 5.7 時(shí)分復(fù)用第1頁(yè)/共43頁(yè)25.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) 64kb/s的A律或 律的對(duì)數(shù)壓擴(kuò)PCM編碼已經(jīng)在大容量的光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字微波系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 但PCM信號(hào)占用頻帶要比模擬通信系統(tǒng)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬（3.4 kHz）寬很多倍，這樣，對(duì)于大容量的長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)，尤其是衛(wèi)星通信，采用PCM的經(jīng)濟(jì)性能很難與模擬通信相比。t 以較低的速率獲得高質(zhì)量編碼，一直是語(yǔ)音編碼追求的目標(biāo)

2、。通常，把話路速率低于64kb/s的語(yǔ)音編碼方法， 稱為語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)。t 語(yǔ)音壓縮編碼方法很多，其中， 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制是語(yǔ)音壓縮中復(fù)雜度較低的一種編碼方法，它可在32kb/s的比特率上達(dá)到64kb/s的PCM數(shù)字電話質(zhì)量。近年來，ADPCM已成為長(zhǎng)途傳輸中一種新型的國(guó)際通用的語(yǔ)音編碼方法。 ADPCM是在差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第2頁(yè)/共43頁(yè)35.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)DPCM系統(tǒng)的原理：在PCM中，每個(gè)波形樣值都獨(dú)立編碼，與其它樣值無關(guān)， 這樣，樣值的整個(gè)幅值編碼需要較多位數(shù)，比特率較高， 造成數(shù)字化的信號(hào)帶寬大大增加。 利用信源抽樣值之間

3、的相關(guān)性，一種比較簡(jiǎn)單的解決方法是對(duì)相鄰樣值的差值進(jìn)行編碼。由于相鄰樣值的差值比樣值本身小，可以用較少的比特?cái)?shù)表示差值?？梢栽诹炕_(tái)階不變的情況下（即量化噪聲不變），編碼位數(shù)顯著減少，信號(hào)帶寬大大壓縮。這種利用差值的PCM編碼稱為差分PCM（DPCM）t 實(shí)現(xiàn)差分編碼的一個(gè)方法是根據(jù)前面的p個(gè)樣值預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的樣值。編碼信號(hào)只是當(dāng)前樣值與預(yù)測(cè)值之間的差值的量化編碼。第3頁(yè)/共43頁(yè)45.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) DPCM系統(tǒng)的框圖：當(dāng)前的信源樣值kmpiikikmam1預(yù)測(cè)器：kmkmkmqkeokpncnc okp量化器編碼預(yù)測(cè)器解碼預(yù)測(cè)器編碼器解碼器kmokkkkpmmm：重建

4、的語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)測(cè)值：kkmmkkqkmme的差值：當(dāng)前樣值與預(yù)測(cè)值之間預(yù)測(cè)器。該誤差同時(shí)被送到本地送到目的地。，通過信道傳二進(jìn)制數(shù)字序列被編碼成后的每個(gè)預(yù)測(cè)誤差量化：代表量化器的輸出， nqkokceP 接收端的預(yù)測(cè)器與發(fā)送端相同。在無傳輸誤碼的條件下，解碼器輸出的重建信號(hào) 與編碼器中的 相同。kmkm第4頁(yè)/共43頁(yè)55.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) DPCM系統(tǒng)總量化誤差：輸入信號(hào)樣值 與解碼器輸出樣值 之差kmkmkkkmmqkkmmokkqkkpmemokqkpekmkmkmqkeokpncnc okp量化器編碼預(yù)測(cè)器解碼預(yù)測(cè)器編碼器解碼器kml由上式可知，DPCM的總量化誤差

5、qk僅與差值信號(hào)eqk的量化誤差有關(guān)。t DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比22kkDPCMqEmENS 2222kqkqkkqEeEeEmEqPNSG第5頁(yè)/共43頁(yè)65.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比l如果能夠選擇合理的預(yù)測(cè)規(guī)律，差值功率Eeqk2就能遠(yuǎn)小于信號(hào)功率Emk2 ，Gp就會(huì)大于1，該系統(tǒng)就能獲得增益。對(duì)DPCM系統(tǒng)的研究就是圍繞著如何使Gp和(S/N)q 這兩個(gè)參數(shù)取最大值而逐步完善起來的。通常Gp約為611 dB。qPDPCMNSGNS(S/N)q是把差值序列作為信號(hào)時(shí)量化器的量化信噪比，與PCM系統(tǒng)考慮量化誤差時(shí)所計(jì)算的信噪比相當(dāng)。Gp可理解為DP

6、CM系統(tǒng)相對(duì)于PCM系統(tǒng)而言的信噪比增益，稱為預(yù)測(cè)增益。lDPCM系統(tǒng)總的量化信噪比遠(yuǎn)大于量化器的信噪比。因此, 要求DPCM系統(tǒng)達(dá)到與PCM系統(tǒng)相同的信噪比，則可降低對(duì)量化器信噪比的要求，即可減小量化級(jí)數(shù)，從而減少碼位數(shù)，降低比特率。第6頁(yè)/共43頁(yè)75.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng)tADPCM的主要特點(diǎn)是用自適應(yīng)量化取代固定量化，用自適應(yīng)預(yù)測(cè)取代固定預(yù)測(cè)。自適應(yīng)量化指量化臺(tái)階隨信號(hào)的變化而變化，使量化誤差減??；自適應(yīng)預(yù)測(cè)指預(yù)測(cè)器系數(shù)ai可以隨信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性而自適應(yīng)調(diào)整，提高了預(yù)測(cè)信號(hào)的精度，從而得到更高預(yù)測(cè)增益。通過這兩點(diǎn)改進(jìn)，可大大提高輸出信噪比和編碼動(dòng)態(tài)范圍。t若DPCM的預(yù)測(cè)

7、增益為611dB，自適應(yīng)預(yù)測(cè)可使信噪比改善4dB；自適應(yīng)量化可使信噪比改善47dB，則ADPCM比PCM可改善1621dB，相當(dāng)于編碼位數(shù)可以減小 3 位到 4 位。 因此，在維持相同的語(yǔ)音質(zhì)量下，ADPCM允許用32 kb/s編碼，這是標(biāo)準(zhǔn)64kb/s PCM的一半。 CCITT已形成了關(guān)于ADPCM系統(tǒng)的規(guī)范建議G.721、G.726等，用于長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)。 第7頁(yè)/共43頁(yè)8本章的主要內(nèi)容 5.1 抽樣定理 5.2 脈沖振幅調(diào)制（PAM） 5.3 模擬信號(hào)的量化 5.4 脈沖編碼調(diào)制（PCM） 5.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) 5.6 增量調(diào)制（M） 5.8 時(shí)分復(fù)用第8頁(yè)/共43

8、頁(yè)95.6 增量調(diào)制（ M）增量調(diào)制 (簡(jiǎn)稱M或DM)是將模擬信號(hào)變換為由一位二進(jìn)制碼組成的數(shù)字信號(hào)序列。可以看成是PCM的一個(gè)特例。l M與PCM雖然都是用二進(jìn)制代碼去表示模擬信號(hào)的編碼方式。但是在PCM中，代碼表示樣值本身的大小，所需碼位數(shù)較多，從而導(dǎo)致編譯碼設(shè)備復(fù)雜；而在 M中，它只用一位編碼表示相鄰樣值的相對(duì)大小，從而反映出抽樣時(shí)刻波形的變化趨勢(shì)，與樣值本身的大小無關(guān)。l M與PCM編碼方式相比具有編譯碼設(shè)備簡(jiǎn)單， 低比特率時(shí)的量化信噪比高，抗誤碼特性好等優(yōu)點(diǎn)。在軍事和工業(yè)部門的專用通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信中得到了廣泛應(yīng)用，近年來在高速超大規(guī)模集成電路中用作A/D轉(zhuǎn)換器。第9頁(yè)/共43頁(yè)105

9、.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 編譯碼的基本思想l一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)，如果抽樣速率很高（遠(yuǎn)大于奈奎斯特速率），抽樣間隔很小，那么相鄰樣點(diǎn)之間的幅度變化不會(huì)很大，相鄰抽樣值的相對(duì)大?。ú钪担┩瑯幽芊从衬M信號(hào)的變化規(guī)律。 若將這些差值編碼傳輸， 同樣可傳輸模擬信號(hào)所含的信息。此差值又稱“增量”，其值可正可負(fù)。 這種用差值編碼進(jìn)行通信的方式，就稱為“增量調(diào)制”（Delta Modulation），縮寫為DM或M。lm(t)為模擬信號(hào)，可以用一個(gè)時(shí)間間隔為t， 相鄰幅度差為+或的階梯波形m(t)來逼近它。只要t足夠小，即抽樣速率fs=1/t足夠高，且足夠小，則階梯波m(t)可近似代替m(t)。其中，為量化臺(tái)階，t

10、=Ts為抽樣間隔。m(t)0010101111110tt12t11t10t9t8t7t6t5t4t3t2t1m(t)m (t)m1(t)t第10頁(yè)/共43頁(yè)115.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 編譯碼的基本思想m(t)0010101111110tt12t11t10t9t8t7t6t5t4t3t2t1m(t)m (t)m1(t)tl階梯波m(t)有兩個(gè)特點(diǎn)：n在每個(gè)t 間隔內(nèi)m(t)的幅值不變;n相鄰間隔的幅值差不是+(上升一個(gè)量化階)，就是 (下降一個(gè)量化階)。n利用這兩個(gè)特點(diǎn)， 用“1”碼和“0”碼分別代表m(t)上升或下降一個(gè)量化階， 則m(t)就被一個(gè)二進(jìn)制序列表征（見圖橫軸下面的序列）。于是，

11、該序列也相當(dāng)表征了模擬信號(hào)m(t)， 實(shí)現(xiàn)了模/數(shù)轉(zhuǎn)換。l除了用階梯波m(t)近似m(t)外，還可用另一種形式圖中虛線所示的斜變波m1(t)來近似m(t)。斜變波m1(t)也只有兩種變化：按斜率/t上升一個(gè)量階和按斜率 /t下降一個(gè)量階。用 “1”碼表示正斜率，用“0”碼表示負(fù)斜率，同樣可以獲得二進(jìn)制序列。由于斜變波m1(t)在電路上更容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)際中常采用它來近似m(t)。第11頁(yè)/共43頁(yè)125.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 增量調(diào)制的譯碼與編碼相對(duì)應(yīng)，譯碼也有兩種形式：l一種是收到“1”碼上升一個(gè)量階（跳變），收到“0”碼下降一個(gè)量階（跳變），這樣把二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)閙(t)這樣的階梯波。

12、l另一種是收到“1”碼后產(chǎn)生一個(gè)正斜率電壓，在t時(shí)間內(nèi)上升一個(gè)量階 ， 收到“0”碼后產(chǎn)生一個(gè)負(fù)斜率電壓，在t時(shí)間內(nèi)下降一個(gè)量階 ，這樣把二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿鏼1(t)這樣的斜變波。l考慮到電路上實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易程度，一般都采用后一種方法。這種方法可用一個(gè)簡(jiǎn)單的RC積分電路，即可把二進(jìn)制代碼變?yōu)閙1(t)這樣的波形。p(t)1010111OTs2Ts3Ts4Ts7Tst積分器m1(t)m1(t)OTs2Ts3Ts4Ts7Tstp(t)第12頁(yè)/共43頁(yè)135.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 系統(tǒng)方框圖判決器(比較器)消息信號(hào)m(t)e(t)積分器脈沖發(fā)生器發(fā)送端編碼器p(t)抽樣定時(shí)增量調(diào)制信號(hào)輸出c(

13、t)脈 沖發(fā)生器c(t)積分器EE低 通濾波器消息信號(hào)m(t)接收端譯碼器m1(t)l發(fā)送端編碼器是相減器、判決器、積分器及脈沖發(fā)生器（極性變換電路）組成的一個(gè)閉環(huán)反饋電路。n相減器的作用是取出差值e(t)，使e(t)=m(t)-m1(t)。n判決器也稱比較器或數(shù)碼形成器，它的作用是對(duì)差值e(t)的極性進(jìn)行識(shí)別和判決，以便在抽樣時(shí)刻輸出編碼（增量碼）c(t)。 01iiitmtmte 1 itc 01iiitmtmte 0itc第13頁(yè)/共43頁(yè)145.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 系統(tǒng)方框圖判決器(比較器)消息信號(hào)m(t)e(t)積分器脈沖發(fā)生器發(fā)送端編碼器p(t)抽樣定時(shí)增量調(diào)制信號(hào)輸出c(t)脈

14、 沖發(fā)生器c(t)積分器EE低 通濾波器消息信號(hào)m(t)接收端譯碼器m1(t)l積分器和脈沖產(chǎn)生器組成本地譯碼器， 它的作用是根據(jù)c(t)，形成預(yù)測(cè)信號(hào)m1(t)，即c(t)為“1”碼時(shí)， m1(t)上升一個(gè)量階，c(t)為“0”碼時(shí)，m1(t)下降一個(gè)量階，并送到相減器與m(t)進(jìn)行幅度比較。 01iiitmtmte 1 itc 01iiitmtmte 0itc第14頁(yè)/共43頁(yè)155.6.1 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 系統(tǒng)方框圖判決器(比較器)消息信號(hào)m(t)e(t)積分器脈沖發(fā)生器發(fā)送端編碼器p(t)抽樣定時(shí)增量調(diào)制信號(hào)輸出c(t)脈 沖發(fā)生器c(t)積分器EE低 通濾波器消息信號(hào)m(t)接收端譯碼

15、器m1(t)l接收端解碼電路由譯碼器和低通濾波器組成。 01iiitmtmte 1 itc 01iiitmtmte 0itcn譯碼器的電路結(jié)構(gòu)和作用與發(fā)送端的本地譯碼器相同，用來由c(t)恢復(fù)m1(t)。n低通濾波器的作用是濾除m1(t)中的高次諧波，使輸出波形平滑，更加逼近原來的模擬信號(hào)m(t)。第15頁(yè)/共43頁(yè)16m(t)m (t)eq(t)(a)m(t)m (t)tt(b)eq(t)5.6.2 增量調(diào)制的過載特性與動(dòng)態(tài)編碼范圍 增量調(diào)制系統(tǒng)中，在模擬信號(hào)的數(shù)字化過程中也會(huì)帶來誤差而形成量化噪聲。誤差表現(xiàn)為兩種形式：l過載量化誤差。l一般量化誤差；l當(dāng)輸入模擬信號(hào)m(t)斜率陡變時(shí)，本地

16、譯碼器輸出信號(hào)m(t)跟不上信號(hào)m(t)的變化。這時(shí)， m(t)與m(t)之間的誤差明顯增大，引起譯碼后信號(hào)的嚴(yán)重失真，這種現(xiàn)象叫過載現(xiàn)象，產(chǎn)生的失真稱為過載失真，或稱過載噪聲。這是在正常工作時(shí)必須而且可以避免的噪聲。第16頁(yè)/共43頁(yè)175.6.2 增量調(diào)制的過載特性與動(dòng)態(tài)編碼范圍 避免過載的條件l設(shè)抽樣間隔為t(抽樣速率為fs=1/t)，則一個(gè)量階上的最大斜率K為sftK 它被稱為譯碼器的最大跟蹤斜率。顯然，當(dāng)譯碼器的最大跟蹤斜率大于或等于模擬信號(hào)m(t)的最大變化斜率時(shí)， 即sfdttdmmax)( 譯碼器輸出m(t)能夠跟上輸入信號(hào)m(t)的變化，不會(huì)發(fā)生過載現(xiàn)象， 因而不會(huì)形成很大的

17、失真。l為了不發(fā)生過載， 必須增大 和 fs。 但 增大，一般量化誤差也大，由于簡(jiǎn)單增量調(diào)制的量階 是固定的，因此很難同時(shí)滿足兩方面的要求。不過，提高 fs 對(duì)減小一般量化誤差和減小過載噪聲都有利。 因此， M系統(tǒng)中的抽樣速率要比PCM系統(tǒng)中的抽樣速率高的多。 M系統(tǒng)抽樣速率的典型值為16kHz或32kHz，相應(yīng)單話路編碼比特率為16kb/s或32kb/s。 第17頁(yè)/共43頁(yè)185.6.2 增量調(diào)制的過載特性與動(dòng)態(tài)編碼范圍 避免過載的條件以正弦信號(hào)為例來說明希望不發(fā)生過載現(xiàn)象時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的限制。 tAtmksin設(shè)輸入模擬信號(hào)為：kAdttdmmax)( tAdttdmkkcos其斜率為：

18、skfA不發(fā)生過載現(xiàn)象要求：ksfAmax稱臨界過載振幅）：允許的信號(hào)最大幅度（ksff2 可見，當(dāng)信號(hào)斜率一定時(shí)，允許的信號(hào)幅度隨信號(hào)頻率的增加而減小，這將導(dǎo)致語(yǔ)音高頻段的量化信噪比下降。這是簡(jiǎn)單增量調(diào)制不能實(shí)用的原因之一。l對(duì)能正常開始編碼的最小信號(hào)振幅也有要求：2minA第18頁(yè)/共43頁(yè)195.6.2 增量調(diào)制的過載特性與動(dòng)態(tài)編碼范圍 編碼的動(dòng)態(tài)范圍 定義為：最大允許編碼電平Amax與最小編碼電平Amin之比，即minmaxdBlg20AADc22lg20ksffksfflg20800lg20sf 通常采用fk=800Hz為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。l編碼的動(dòng)態(tài)范圍與抽樣速率的關(guān)系 抽樣速率為抽樣速率

19、為fs(kHz)1020324080100編碼的動(dòng)態(tài)范圍編碼的動(dòng)態(tài)范圍DC(dB)121822243032l由上表可見，簡(jiǎn)單增量調(diào)制的編碼動(dòng)態(tài)范圍較小，在低傳碼率時(shí)，不符合話音信號(hào)要求。通常話音信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍要求為4050dB。因此，實(shí)用中的M常用它的改進(jìn)型，如增量總和調(diào)制、 數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制等。第19頁(yè)/共43頁(yè)205.6.3 增量調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 與PCM系統(tǒng)一樣，增量調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能也是用輸出信噪比來表征的。在M系統(tǒng)中同樣存在兩類噪聲，即量化噪聲和信道加性噪聲。由于這兩類噪聲是互不相關(guān)的，可以分別討論。t 量化信噪功率比l從前面分析可知，量化噪聲有兩種，即過載噪聲和一般量化噪

20、聲。由于在實(shí)際應(yīng)用中都是防止工作到過載區(qū)域，因此這里僅考慮一般量化噪聲。 在不過載情況下，誤差eq(t)=m(t)m(t)限制在 到 范圍內(nèi)變化，若假定eq(t)值在（ ，+）之間均勻分布，則 M調(diào)制的量化噪聲的平均功率為: deeteEq222 sqefteEfP)(232l考慮到eq(t)的最小周期大致是抽樣頻率 fs 的倒數(shù)，而且大于1/fs的任意周期都可能出現(xiàn)。因此，為便于分析可近似認(rèn)為上式的量化噪聲功率譜在(0, fs)頻帶內(nèi)均勻分布，則量化噪聲的單邊功率譜密度為sf32第20頁(yè)/共43頁(yè)215.6.3 增量調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 量化信噪功率比l若接收端低通濾波器的截止頻率為 fm，

21、則經(jīng)低通濾波器后輸出的量化噪聲功率為 meqffPNsmff32 M系統(tǒng)輸出的量化噪聲功率與量化臺(tái)階 及比值(fm/fk)有關(guān)，而與未過載時(shí)的信號(hào)幅度無關(guān)。l信號(hào)功率 對(duì)于頻率為fk的正弦信號(hào)， 臨界過載振幅為ksffA2max 所以信號(hào)功率的最大值為22maxASomksqfffNS232083l臨界振幅條件下， 系統(tǒng)最大的量化信噪比為22228kffsmksfff2304. 0)04. 0lg(1023dB0mksqfffNS14lg10lg20lg30mksfff第21頁(yè)/共43頁(yè)225.6.3 增量調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 臨界振幅條件下， 系統(tǒng)最大的量化信噪功率比mksmksqfffff

22、fNS23232004. 083l簡(jiǎn)單 M的信噪比與抽樣速率fs成立方關(guān)系，即fs每提高一倍，量化信噪比提高 9dB。因此， fk =1KHz， fm =1KHz時(shí)， M系統(tǒng)的抽樣速率至少要在16kHz以上，才能使量化信噪比達(dá)到15dB以上，而抽樣速率在32kHz時(shí)，量化信噪比約為26dB，只能滿足一般通信質(zhì)量的要求。l量化信噪比與信號(hào)頻率fk的平方成反比，即fk每提高一倍， 量化信噪比下降 6dB。因此，簡(jiǎn)單 M時(shí)語(yǔ)音高頻段的量化信噪比下降。14lg10lg20lg30dB0mksqfffNS第22頁(yè)/共43頁(yè)235.6.3 增量調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 誤碼信噪功率比21016kesefpff

23、NS2221231004883skekmsqeeffpfffffNNsNsl在給定f1、fs、 fk的情況下，M系統(tǒng)的誤碼信噪比與Pe成反比。止頻率即信道濾波器低端的截率，：語(yǔ)音頻帶的下截止頻：正弦信號(hào)的頻率：抽樣頻率 1fffkst M系統(tǒng)輸出的總的信噪比第23頁(yè)/共43頁(yè)245.6.4PCM與M系統(tǒng)的比較 PCM和M都是模擬信號(hào)數(shù)字化的基本方法。 M實(shí)際上是DPCM的一種特例，所以有時(shí)把PCM和M統(tǒng)稱為脈沖編碼。但應(yīng)注意，PCM是對(duì)樣值本身編碼， M是對(duì)相鄰樣值的差值的極性（符號(hào)）編碼。這是M與PCM的本質(zhì)區(qū)別。t 抽樣速率lPCM系統(tǒng)中的抽樣速率 fs 是根據(jù)抽樣定理來確定的。若信號(hào)的最

24、高頻率為fm，則 fs2fm。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)，取fs=8kHz。l在 M系統(tǒng)中傳輸?shù)牟皇切盘?hào)本身的樣值，而是信號(hào)的增量(即斜率)，因此其抽樣速率 fs 不能根據(jù)抽樣定理來確定。 M的抽樣速率與最大跟蹤斜率和信噪比有關(guān)。在保證不發(fā)生過載，達(dá)到與PCM系統(tǒng)相同的信噪比時(shí)， M的抽樣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎斯特速率。第24頁(yè)/共43頁(yè)255.6.4PCM與M系統(tǒng)的比較 帶寬l M系統(tǒng)在每一次抽樣時(shí)，只傳送一位代碼，因此 M系統(tǒng)的數(shù)碼率為fB=fs，要求的最小帶寬為：2sMfB 實(shí)際應(yīng)用時(shí)的最小帶寬為：sMfBlPCM系統(tǒng)的數(shù)碼率為fB=Nfs。在同樣的語(yǔ)音質(zhì)量要求下，PCM系統(tǒng)的數(shù)碼率為64 kHz，因而要求最

25、小信道帶寬為32kHz。l而采用 M系統(tǒng)時(shí)，抽樣速率至少為100 kHz，則最小帶寬為50kHz。通常， M速率采用32kHz或16kHz時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量不如PCM。第25頁(yè)/共43頁(yè)265.6.4PCM與M系統(tǒng)的比較 量化信噪比lPCM量化信噪比dB 62lg1020NNSNPCMqlM系統(tǒng)的數(shù)碼率為 fB=fs，PCM系統(tǒng)的數(shù)碼率為 fB=2Nfm。當(dāng) M與PCM的數(shù)碼率fB相同時(shí)，有fs=2Nfm， 可得 M的量化信噪比為與編碼位數(shù)N成線性關(guān)系mksMqfffNS23004. 0lg10dB 32. 0lg1023hmffN M的量化信噪比與N成對(duì)數(shù)關(guān)系，并與fm/fk有關(guān)。當(dāng)取fm/fk

26、=3000/1000時(shí)， 它與N的關(guān)系如右圖 所示。比較兩者曲線可看出，若PCM系統(tǒng)的編碼位數(shù) N4（碼率較低）時(shí)， M的量化信噪比高于PCM系統(tǒng)。403020100123456NSoNq( )dBMPCM第26頁(yè)/共43頁(yè)275.6.4PCM與M系統(tǒng)的比較 信道誤碼的影響l在 M系統(tǒng)中，每一個(gè)誤碼代表造成一個(gè)量階的誤差，所以它對(duì)誤碼不太敏感。故對(duì)誤碼率的要求較低，一般在103104。lPCM的每一個(gè)誤碼會(huì)造成較大的誤差，尤其高位碼元，錯(cuò)一位可造成許多量階的誤差(例如，最高位的錯(cuò)碼表示2N-1個(gè)量階的誤差)。所以誤碼對(duì)PCM系統(tǒng)的影響要比 M系統(tǒng)嚴(yán)重些，故對(duì)誤碼率的要求較高， 一般為10510

27、6。第27頁(yè)/共43頁(yè)285.6.4PCM與M系統(tǒng)的比較 設(shè)備復(fù)雜度lPCM系統(tǒng)的特點(diǎn)是多路信號(hào)統(tǒng)一編碼，一般采用8位（對(duì)語(yǔ)音信號(hào)），編碼設(shè)備復(fù)雜，但質(zhì)量較好。PCM一般用于大容量的干線（多路）通信。l M系統(tǒng)的特點(diǎn)是單路信號(hào)獨(dú)用一個(gè)編碼器，設(shè)備簡(jiǎn)單， 單路應(yīng)用時(shí)，不需要收發(fā)同步設(shè)備。但在多路應(yīng)用時(shí)，每路獨(dú)用一套編譯碼器，所以路數(shù)增多時(shí)設(shè)備成倍增加。l M一般適于小容量支線通信。目前，隨著集成電路的發(fā)展， M的優(yōu)點(diǎn)已不再那么顯著。在傳輸語(yǔ)音信號(hào)時(shí)， M話音清晰度和自然度方面都不如PCM。因此目前在通用多路系統(tǒng)中很少用或不用 M。 M一般用在通信容量小和質(zhì)量要求不十分高的場(chǎng)合以及軍事通信和一些特

28、殊通信中。第28頁(yè)/共43頁(yè)29本章的主要內(nèi)容 5.1 抽樣定理 5.2 脈沖振幅調(diào)制（PAM） 5.3 模擬信號(hào)的量化 5.4 脈沖編碼調(diào)制（PCM） 5.5 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）系統(tǒng) 5.6 增量調(diào)制（M） 5.7 時(shí)分復(fù)用第29頁(yè)/共43頁(yè)305.7 時(shí)分復(fù)用 時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用(Timedivision Multiplexing-TDM)是利用各信號(hào)的抽樣值在時(shí)間上不重疊來達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號(hào)的一種方法。 在TDM系統(tǒng)中，各信號(hào)在時(shí)域上是分開的， 而在頻域上是混疊在一起的。下圖 給出了兩個(gè)基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的原理圖。對(duì)m1(t)和m2(t)按相同的時(shí)間周期進(jìn)行采樣，

29、只要采樣脈沖寬度足夠窄， 在兩個(gè)采樣值之間就會(huì)留有一定的時(shí)間空隙。如果另外一路信號(hào)的采樣時(shí)刻在時(shí)間空隙，則兩路信號(hào)的采樣值在時(shí)間上將不發(fā)生重疊。在接收端只要在時(shí)間上與發(fā)送端同步，則兩個(gè)信號(hào)就能分別正確恢復(fù)。上述概念也可以推廣到 n 個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。m1(t)m2(t)第30頁(yè)/共43頁(yè)31l在接收端，輸入的TDM-PCM信號(hào)經(jīng)過譯碼器輸出TDM-PAM波形，與發(fā)送端抽樣開關(guān)同步的接收抽樣開關(guān)對(duì)輸入的TDM-PAM波形正確分路。于是，三路信號(hào)得到分離，各分離后的PAM信號(hào)通過低通濾波器， 從而恢復(fù)出發(fā)送的三路基帶信號(hào)。5.7.1 時(shí)分復(fù)用原理 時(shí)分復(fù)用PCM系統(tǒng)原理圖Quantizerand

30、encoderChannelDecoderLPFLPFLPFAnalog input signalsChannel 1(from source 1)Channel 2(from source 2)Channel 3(from source 3)TransmitterSamplerTDMPAMsignalTsTstTDMPCMsignalSynchronizationSamplerTDMPAMReceiverReceivedTDM PCMplus noiseChannel 1Channel 2Channel 3Output analog signalsfsfsl抽樣電子開關(guān)以適當(dāng)?shù)乃俾式惶鎸?duì)輸入

31、的三路基帶信號(hào)分別進(jìn)行自然抽樣，得到TDM-PAM波形。 TDM-PAM脈沖波形寬度為Ta=T/3=1/(3fs)第31頁(yè)/共43頁(yè)325.7.2 PCM基群幀結(jié)構(gòu) 目前國(guó)際上推薦的PCM基群有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即PCM30/32路(A律壓擴(kuò)特性)制式和PCM24路(律壓擴(kuò)特性)制式。并規(guī)定，國(guó)際通信時(shí)，以A律壓擴(kuò)特性為標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)也規(guī)定采用PCM30/32路制式。第32頁(yè)/共43頁(yè)335.7.2 PCM基群幀結(jié)構(gòu) PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)TS012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31F

32、0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F1500110110000111A2abcdabcdabcdabcd復(fù)幀同步信號(hào)備用比特CH1CH16CH2CH17abcdabcdCH15CH30F1F2F15幀同步信號(hào)1A111111保留給國(guó)內(nèi)通信用幀同步時(shí)隙話路時(shí)隙話路時(shí)隙信令時(shí)隙CH30(CH16 CH29)(CH1 CH15)32路時(shí)隙，256 bit,125 s16幀，2.0 ms復(fù)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)偶幀TS0奇幀TS0488 ns3.91 sl一幀共有32個(gè)時(shí)間間隔，稱為時(shí)隙，分別記作TS0, TSl, TS2, ，TS31 。l30路用來傳輸用戶話音；l2路用作信

33、令。l每路話音信號(hào)抽樣速率fs=8kHz，故對(duì)應(yīng)的每幀時(shí)間間隔為125s。第33頁(yè)/共43頁(yè)345.7.2 PCM基群幀結(jié)構(gòu) TS1至TS15和TS17至TS31這30個(gè)路時(shí)隙用來傳送30路電話信號(hào)的8位編碼碼組；lTS0分配給幀同步； TS16專用于傳送話路信令。l當(dāng)采用共路信令傳送方式時(shí)，必須將16個(gè)幀構(gòu)成一個(gè)更大的幀，稱為復(fù)幀。復(fù)幀的重復(fù)頻率為500Hz，周期為 2ms，復(fù)幀中各幀順次編號(hào)。l每個(gè)時(shí)隙包含8位碼，一幀共包含256個(gè)比特。l信息傳輸速率為：82308000bfMb/s048. 2l每比特時(shí)間寬度為：sfbb488. 01l每時(shí)隙時(shí)間寬度為：sb91. 38l幀同步碼組為 X

34、0011011，它插入在偶數(shù)幀的TS0時(shí)隙， 其中第一位碼“X”保留作國(guó)際電話間通信用。接收端識(shí)別出幀同步碼組后，即可建立正確的路序。奇幀發(fā)送幀失步告警碼,A1=0表示幀同步,為1時(shí)幀失步.lTS16為信令時(shí)隙，插入各話路的信令。在傳送話路信令時(shí)，若將TS16所包含的總比特率集中起來使用，則稱為共路信令傳送；若將TS16按規(guī)定的時(shí)間順序分配給各個(gè)話路，直接傳送各話路所需的信令，則稱為隨路信令傳送。第34頁(yè)/共43頁(yè)355.7.3 PCM高次群 以上討論的PCM30/32路與PCM24路時(shí)分多路數(shù)字電話系統(tǒng)，稱為數(shù)字基群或一次群。如果要傳輸更多路的數(shù)字電話，則需要將若干個(gè)一次群數(shù)字信號(hào)通過數(shù)字復(fù)

35、接設(shè)備復(fù)合成二次群，二次群復(fù)合成三次群等。我國(guó)和歐洲各國(guó)采用以PCM30/32路制式為基礎(chǔ)的高次群復(fù)接方式，北美和日本采用以PCM24路制式為基礎(chǔ)的高次群復(fù)接方式。t 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴(kuò)大傳輸容量，通常將若干個(gè)低等級(jí)的支路比特流匯集成一個(gè)高等級(jí)的比特流在信道中傳輸。 這種將若干個(gè)低等級(jí)的支路比特流合成為高等級(jí)比特流的過程稱為數(shù)字復(fù)接。完成復(fù)接功能的設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。 t 在接收端，需要將復(fù)合數(shù)字信號(hào)分離成各支路信號(hào)，該過程稱為數(shù)字分接， 完成分接功能的設(shè)備稱為數(shù)字分接器。第35頁(yè)/共43頁(yè)365.7.3.1 北美采用的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu)第一級(jí)復(fù)用124第二級(jí)復(fù)用DS-11.544 Mb

36、 / s14DS-1第三級(jí)復(fù)用DS-26.312 Mb / s17DS-2第四級(jí)復(fù)用DS-344.736 Mb / s16DS-3第五級(jí)復(fù)用DS-4274.176 Mb / s12DS-4DS-5560.160 Mb / s24個(gè)DS-064 kb / sDS-5l每路PCM數(shù)字話路速率為64 kb/s，表示為DS-0。l由24路PCM數(shù)字話路復(fù)接為一個(gè)基群(或稱一次群)，表示為DS-1，一次群包括24路用戶數(shù)字話路，傳輸速率為1.544 Mb/s。l由4個(gè)一次群復(fù)接為一個(gè)二次群，表示為DS-2， 二次群包括96路用戶數(shù)字話路，傳輸速率為6.312 Mb/s。l由7個(gè)二次群復(fù)接為一個(gè)三次群，

37、表示為DS-3，三次群包括672路用戶數(shù)字話路，傳輸速率為44.736 Mb/s。l由6個(gè)三次群復(fù)接為一個(gè)四次群， 表示為DS-4，四次群包括4032路用戶數(shù)字話路，傳輸速率為274.176 Mb/s。l由2個(gè)四次群復(fù)接為一個(gè)五次群，表示為DS-5，五次群包括8064路用戶數(shù)字話路，傳輸速率為560.160 Mb/s。第36頁(yè)/共43頁(yè)375.7.3.1 北美采用的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu) 北美數(shù)字TDM標(biāo)準(zhǔn)一覽表標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào) 比特速率比特速率(Mb/s) PCM話路數(shù)話路數(shù) 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) DS-0 0.0641對(duì)稱電纜對(duì)稱電纜 DS-1 1.54424對(duì)稱電纜對(duì)稱電纜 DS-1c 3.12548對(duì)

38、稱電纜對(duì)稱電纜 DS-2 6.31296對(duì)稱電纜對(duì)稱電纜 ,光纖光纖 DS-3 44.736672同軸電纜，同軸電纜， 無線，無線， 光纖光纖 DS-3c 90.2541344無線，無線， 光纖光纖 DS-4E 139.2642016無線，無線， 光纖，光纖， 同軸電纜同軸電纜 DS-4274.164032同軸電纜，同軸電纜， 光纖光纖 DS-432 432.006048光纖光纖 DS-5 560.1608064同軸電纜，同軸電纜， 光纖光纖 第37頁(yè)/共43頁(yè)385.7.3.2 ITU-T建議的數(shù)字TDM等級(jí)結(jié)構(gòu) 30路PCM用戶話復(fù)用成一次群，傳輸速率為2.048 Mb/s。第一級(jí)復(fù)用130第二級(jí)復(fù)用2.048 Mb / s14第三級(jí)復(fù)用14第四級(jí)復(fù)用14第五級(jí)復(fù)用1464 kb / s8.448 Mb / s34.368 Mb / s139.264 Mb / s565.148 Mb / sl4個(gè)一次群復(fù)